JPH09195005A - Austenitic heat resistant steel excellent in high temperature strength - Google Patents

Austenitic heat resistant steel excellent in high temperature strength

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JPH09195005A
JPH09195005A JP263396A JP263396A JPH09195005A JP H09195005 A JPH09195005 A JP H09195005A JP 263396 A JP263396 A JP 263396A JP 263396 A JP263396 A JP 263396A JP H09195005 A JPH09195005 A JP H09195005A
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JP
Japan
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content
steel
high temperature
creep rupture
strength
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuyuki Senba
潤之 仙波
Masaaki Igarashi
正晃 五十嵐
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To produce an austenitic heat resistant steel excellent in high temp. strength such as creep rupture strength and having performance suitable for the material for apparatus used in a severe high temp. environment. SOLUTION: This steel contains, by weight, 0.05 to 0.15% C, <=0.3% Si, <=2% Mn, 17 to 25% Cr, 7 to 23% Ni, 2 to 4.5% Cu, 0.1 to 0.8% Nb, 0.001 to 0.01%. B, 0.05 to 0.25% N, 0.003 to 0.03% sol.Al, 0 to 0.015% Mg, 0 to 2% Mo, 0 to 4% W, total 0.01 to 0.25% of one or >= two kinds among Y, La, Ce and Nd, and the balance Fe with inevitable impurities.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、クリープ破断強度
等の高温強度に優れ、高温装置用材料に好適な性能を備
えたオーステナイト系耐熱鋼に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an austenitic heat-resisting steel having excellent high-temperature strength such as creep rupture strength and having performance suitable as a material for high-temperature equipment.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、高温環境下で使用されるボイラや
化学プラント等の装置用材料としては、SUS304
H、316H、321H、347H等の18Cr−8N
i系のオーステナイト系ステンレス鋼が使用されてき
た。しかし、近年、このような高温環境条件がさらに高
温化、高圧化される傾向にあり、装置の使用条件が著し
く苛酷化してきている。それに伴って、使用される材料
に対して、さらに高い性能が要求されるようになってき
た。そのために、従来用いられてきた18Cr−8Ni
系のオーステナイト系ステンレス鋼は、高温強度の点で
要求に応えられなくなってきている。
2. Description of the Related Art Conventionally, SUS304 has been used as a material for equipment such as boilers and chemical plants used under high temperature environment.
18Cr-8N such as H, 316H, 321H, 347H
i-based austenitic stainless steels have been used. However, in recent years, such high temperature environmental conditions have tended to become higher in temperature and pressure, and the operating conditions of the apparatus have become extremely severe. Along with this, higher performance has been required for the materials used. Therefore, 18Cr-8Ni which has been used conventionally is used.
System austenitic stainless steels are no longer able to meet the requirements in terms of high temperature strength.

【0003】一般に、オーステナイト系ステンレス鋼の
高温強度の改善方法としては、炭窒化物をマトリックス
に析出させることによる析出強化を図る手段が採られて
いる。さらに、析出強化に加えて、MoやWを多量に添
加し、これらの元素を固溶させることによる固溶強化も
有効な改善方法である。前者の析出強化単独の対策で
は、超々臨界圧発電ボイラの過熱器管のような苛酷な高
温環境下で使用される材料としては、強度が不十分であ
る。また、後者の析出強化と固溶強化を併用する対策で
は、オーステナイト組織を安定化させるために、高価な
Niの含有率を高くすることが余儀なくされる。したが
って、製造コストの上昇が避けられず、経済性の点で大
きな障害となっていた。
In general, as a method for improving the high temperature strength of austenitic stainless steel, a means for strengthening precipitation by depositing carbonitride in a matrix is adopted. Further, in addition to precipitation strengthening, solid solution strengthening by adding a large amount of Mo or W and solidifying these elements is also an effective improvement method. The former countermeasure against precipitation strengthening alone has insufficient strength as a material used in a severe high temperature environment such as a superheater tube of an ultra-supercritical pressure power generation boiler. In addition, in the latter measure using both precipitation strengthening and solid solution strengthening, it is inevitable to increase the content ratio of expensive Ni in order to stabilize the austenite structure. Therefore, an increase in manufacturing cost is unavoidable, which has been a major obstacle in terms of economy.

【0004】そこで、本発明者らはコストアップを抑え
て、高温強度を上げることが可能な手段として、N(窒
素)添加鋼に着目した研究を行った。その結果、優れた
高温強度と組織安定性を備えた材料を開発し、特開昭6
2−133048号公報として提案した。この材料は、
Nを含有するオーステナイト系ステンレス鋼にCuおよ
びBを添加し、かつ、SiおよびAlの含有率を低く抑
えたことを特徴としている。しかし、最近は、上記のよ
うに使用環境がさらに苛酷化してきており、また、設備
費の抑制を図るために薄肉化も要求されている。そのた
めに、特開昭62−133048号で提案したオーステ
ナイト系耐熱鋼でも、最近の高温強度に関する厳しい要
求には応えられなくなった。
Therefore, the inventors of the present invention conducted a study focusing on N (nitrogen) -added steel as a means capable of suppressing the cost increase and increasing the high temperature strength. As a result, a material having excellent high-temperature strength and microstructure stability was developed.
It was proposed as Japanese Patent Laid-Open No. 2-133048. This material is
It is characterized in that Cu and B were added to the austenitic stainless steel containing N and the contents of Si and Al were suppressed low. However, in recent years, the use environment has become more severe as described above, and in order to reduce the equipment cost, it is required to reduce the wall thickness. Therefore, even the austenitic heat-resistant steel proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-133048 cannot meet the recent strict requirements regarding high temperature strength.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の課題
を解決するためになされたものであって、高価なNi含
有率を極力抑えて、金属組織の安定性を確保することに
より、クリープ破断強度等の高温強度に優れ、過酷な高
温環境下で使用される装置用材料に好適な性能を備え、
かつ、安価なオーステナイト系耐熱鋼を提供することを
目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and suppresses the expensive Ni content as much as possible to ensure the stability of the metal structure, thereby making it possible to achieve the creep. Has excellent high-temperature strength such as breaking strength, and has performance suitable for equipment materials used in harsh high-temperature environments,
Moreover, it aims at providing an inexpensive austenitic heat resistant steel.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、高価なN
i含有率を極力抑えて、かつ、金属組織の安定性を確保
できることを前提条件として、Nを含むオーステナイト
系耐熱鋼のクリープ破断強度を飛躍的に向上させるため
の対策について、研究開発を行った。その結果、次の対
策により、クリープ破断強度を著しく向上させ、かつ、
高温で長時間保持しても、強度の低下がほとんどなく安
定なオーステナイト系耐熱鋼を得ることが可能であるこ
とが分かった。
SUMMARY OF THE INVENTION The present inventors have found that expensive N
Research and development was conducted on measures to dramatically improve the creep rupture strength of N-containing austenitic heat-resistant steels on the premise that the i content rate can be suppressed as much as possible and the stability of the metal structure can be secured. . As a result, the following measures significantly improve creep rupture strength, and
It has been found that it is possible to obtain a stable austenitic heat-resistant steel with almost no decrease in strength even when kept at high temperature for a long time.

【0007】 Nを含むオーステナイト系耐熱鋼のS
iおよびAl含有率を低くするとともに、CuとNbの
両者を含有させる。
Austenitic heat resistant steel containing N, S
Both the i and Al contents are reduced and both Cu and Nb are contained.

【0008】 の基本鋼に、微量のY、La、Ce
およびNdの1種以上を含有させる。
[0008] A small amount of Y, La, Ce in the basic steel of
And at least one of Nd.

【0009】上記およびを組み合わせた場合、高温
強度に優れたオーステナイト系耐熱鋼が得られるのは、
次の理由による。微量のY、La、CeおよびNdがN
bを含有する微細な炭窒化物の析出を促進するとともに
析出物を安定化させる。そのために、高温強度に対して
重要な働きを持っているCu析出相の成長粗大化が抑制
され、高温強度が向上する。
When the above and are combined, an austenitic heat resistant steel excellent in high temperature strength can be obtained.
For the following reasons. Trace amounts of Y, La, Ce and Nd are N
It promotes the precipitation of fine carbonitrides containing b and stabilizes the precipitate. Therefore, the growth coarsening of the Cu precipitation phase, which has an important effect on the high temperature strength, is suppressed, and the high temperature strength is improved.

【0010】本発明は、上記の知見を基になされたもの
であって、その要旨は、「重量%で、 C :0.05〜0.15%、Si:0.3%以下、 Mn:2%以下、 Cr:17〜25%、 Ni:7〜23%、 Cu:2〜4.5%、 Nb:0.1〜0.8%、B :0.001〜0.01
%、N :0.05〜0.25%、sol.Al:0.
003〜0.03%、Mg:0〜0.015%、 Mo:0〜2%、 W :0〜4% と、Y、La、CeおよびNdの内の1種または2種以
上の合計で0.01〜0.25%を含有し、残部がFe
および不可避の不純物からなる高温強度に優れたオース
テナイト系耐熱鋼。」にある。
The present invention is based on the above findings, and the gist thereof is "C: 0.05 to 0.15% by weight, Si: 0.3% or less, Mn: 2% or less, Cr: 17 to 25%, Ni: 7 to 23%, Cu: 2 to 4.5%, Nb: 0.1 to 0.8%, B: 0.001 to 0.01
%, N: 0.05 to 0.25%, sol. Al: 0.
003 to 0.03%, Mg: 0 to 0.015%, Mo: 0 to 2%, W: 0 to 4%, and a total of one or more of Y, La, Ce and Nd. 0.01-0.25%, balance Fe
And austenitic heat resistant steel consisting of unavoidable impurities and having excellent high temperature strength. "It is in.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明のオーステナイト系
耐熱鋼(以下、単に本発明鋼と記す)を構成する合金元
素の作用と含有率について説明する。なお、化学組成の
%表示は、重量%を表す。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The action and content of alloying elements constituting the austenitic heat resistant steel of the present invention (hereinafter simply referred to as the present invention steel) will be described below. In addition, the% display of a chemical composition represents weight%.

【0012】C:炭化物を形成することにより、耐熱鋼
として必要な引張強さやクリープ破断強度を向上させる
のに有効な元素である。その効果を発揮させるために
は、0.05%以上必要である。しかし、含有率が0.
15%を超えると、それ以上では溶体化状態における未
固溶の炭化物量が増加するだけで、高温強度の向上効果
は得られない。さらに、靭性等の機械的性質を低下させ
る。したがって、C含有率の範囲は0.05〜0.15
%とした。
C: An element effective for improving the tensile strength and creep rupture strength required for heat-resistant steel by forming a carbide. In order to exert its effect, 0.05% or more is necessary. However, the content rate is 0.
When it exceeds 15%, the amount of undissolved carbides in the solution state increases only when the content exceeds 15%, and the effect of improving the high temperature strength cannot be obtained. Further, it lowers mechanical properties such as toughness. Therefore, the range of C content is 0.05 to 0.15.
%.

【0013】Si:脱酸元素として必要な元素であり、
耐酸化性の向上にも寄与する元素である。しかし、過剰
に含有する場合には、溶接性あるいは熱間加工性が低下
し、また、本発明鋼のようなNを含む鋼では、時効中あ
るいはクリープ中に析出する窒化物量が増加するので、
高温下で使用する際に靭性および延性の低下を招く。
Si: an element necessary as a deoxidizing element,
It is an element that also contributes to the improvement of oxidation resistance. However, when it is contained excessively, the weldability or hot workability decreases, and in the steel containing N such as the steel of the present invention, the amount of nitrides precipitated during aging or creep increases,
When used at high temperature, it causes deterioration of toughness and ductility.

【0014】したがって、Si含有率は0.3%以下と
した。靭性や延性を重視する場合には、0.25%以下
に抑えることが好ましい。また、本発明鋼におけるSi
含有率の下限は、Al含有率が低めに抑えられているの
で、脱酸効果を得るために0.03%以上とすることが
望ましい。
Therefore, the Si content is set to 0.3% or less. When importance is attached to toughness and ductility, it is preferably suppressed to 0.25% or less. Further, Si in the steel of the present invention
The lower limit of the content is preferably set to 0.03% or more in order to obtain the deoxidizing effect, because the Al content is suppressed to be low.

【0015】Mn:Siと同様に脱酸作用を有し、ま
た、熱間加工性の向上に有効な元素である。しかし、2
%を超えると耐熱特性、特に耐酸化性を低下させるの
で、Mn含有率の上限は2%とした。なお、脱酸作用や
熱間加工性の向上効果を得るためには、0.05%以上
とすることが望ましく、上限はクリープ破断強度の観点
からは0.5%に抑えるのがよい。
Mn: Si is an element which has a deoxidizing action like Si and is effective for improving hot workability. However, 2
%, The heat resistance, particularly the oxidation resistance is deteriorated, so the upper limit of the Mn content is set to 2%. In order to obtain the effect of improving the deoxidizing action and the hot workability, it is desirable that the content be 0.05% or more, and the upper limit is preferably 0.5% from the viewpoint of creep rupture strength.

【0016】Cr:高温での耐酸化性、耐水蒸気酸化性
および耐高温腐食性等の耐食性を向上させるために必要
な元素であり、これらの性能は含有率の増加に伴って向
上する。しかし、その含有率が17%未満では上記の効
果が得られない。また、Cr含有率の上限は、後述のよ
うにNi含有率を23%以下とする関係上、オーステナ
イト組織を確保するために、25%とした。Niが23
%の場合、Cr含有率が25%を超えると、フェライト
やσ相が生成する可能性があるためである。したがっ
て、Cr含有率は17〜25%とした。
Cr: An element necessary for improving the corrosion resistance such as oxidation resistance at high temperature, steam oxidation resistance, and high temperature corrosion resistance, and the performance thereof improves as the content rate increases. However, if the content is less than 17%, the above effect cannot be obtained. In addition, the upper limit of the Cr content is set to 25% in order to secure the austenite structure because the Ni content is 23% or less as described later. Ni is 23
This is because, in the case of%, if the Cr content exceeds 25%, ferrite or σ phase may be generated. Therefore, the Cr content is determined to be 17 to 25%.

【0017】Ni:安定なオーステナイト組織を確保す
る上で必須の合金元素である。Niの最適な含有率は、
鋼中に含まれるCr、Mo、W、Nb等のフェライト生
成元素やC、N等のオーステナイト生成元素の含有率に
よって決まる。本発明鋼では、7%未満ではオーステナ
イト組織の安定化が困難であり、一方、23%を超える
と製造コストが上昇し過ぎるので、Ni含有率は7〜2
3%とした。
Ni: An alloying element essential for ensuring a stable austenite structure. The optimum Ni content is
It is determined by the contents of ferrite-forming elements such as Cr, Mo, W, and Nb contained in steel and austenite-forming elements such as C and N. In the steel of the present invention, it is difficult to stabilize the austenite structure if it is less than 7%, while if it exceeds 23%, the manufacturing cost rises too much, so the Ni content is 7 to 2.
3%.

【0018】Cu:クリープ中に微細なCu相としてマ
トリックスに分散して析出し、クリープ破断強度を向上
させる働きがある。その効果を得るためには2%以上含
有することが必要である。しかし、含有率が4.5%を
超えると、クリープ破断延性や加工性が悪くなる。その
ために、Cu含有率は2〜4.5%とした。
Cu: A fine Cu phase is dispersed and precipitated in the matrix during creep, and has the function of improving creep rupture strength. In order to obtain the effect, it is necessary to contain 2% or more. However, if the content exceeds 4.5%, creep rupture ductility and workability deteriorate. Therefore, the Cu content is set to 2 to 4.5%.

【0019】Nb:Nbは微細な炭窒化物として析出
し、析出物の分散強化によるクリープ破断強度の改善に
有効な元素である。この効果を発揮させるためには、
0.1%以上必要である。一方、含有率が0.8%を超
えると、溶体化状態で未固溶の炭窒化物が増加するの
で、機械的性質の低下を招く。したがって、上限は0.
8%とした。
Nb: Nb is an element which precipitates as fine carbonitrides and is effective in improving creep rupture strength by strengthening the dispersion of the precipitates. To achieve this effect,
0.1% or more is necessary. On the other hand, if the content exceeds 0.8%, the amount of undissolved carbonitride in the solution state increases, resulting in deterioration of mechanical properties. Therefore, the upper limit is 0.
8%.

【0020】N:Nは高温強度を向上させるとともに、
オーステナイト組織を安定化させる働きがある。そのた
め、高価な元素であるNiの一部を代替する元素として
用いられる。ただし、N含有率が0.05%未満では十
分な効果が得られない。
N: N improves the high temperature strength and
It has the function of stabilizing the austenite structure. Therefore, it is used as an element substituting a part of Ni, which is an expensive element. However, if the N content is less than 0.05%, a sufficient effect cannot be obtained.

【0021】一方、NはCに比較して固溶限が大きいの
で、含有率が比較的多い場合でも溶体化状態で十分固溶
する。そのために、時効中に生成する窒化物の析出量が
少なく、靭性の低下も比較的少ない。しかし、N含有率
が0.25%を超えると、時効後靭性が低下する。した
がって、N含有率は0.05〜0.25%とした。
On the other hand, since N has a larger solid solution limit than C, even if the content ratio is relatively large, N is sufficiently dissolved in the solution state. Therefore, the amount of precipitation of nitrides generated during aging is small, and the deterioration of toughness is relatively small. However, if the N content exceeds 0.25%, the toughness after aging decreases. Therefore, the N content is determined to be 0.05 to 0.25%.

【0022】sol.Al:脱酸剤として添加される元
素であり、0.003%以上含有することが必要であ
る。しかし、0.03%を超えると、高温下で長時間保
持された場合、σ相等の金属間化合物の析出が促進さ
れ、靭性およびクリープ破断強度が低下する。このよう
な観点から、sol.Alの含有率は0.003〜0.
03%と定めた。好ましくは、0.003〜0.02%
である。
Sol. Al: an element added as a deoxidizer, and it is necessary to contain 0.003% or more. However, if it exceeds 0.03%, when it is kept at a high temperature for a long time, precipitation of intermetallic compounds such as σ phase is promoted, and toughness and creep rupture strength decrease. From such a viewpoint, sol. The content rate of Al is 0.003 to 0.
It was set as 03%. Preferably 0.003 to 0.02%
It is.

【0023】B:Bは、結晶粒界を強化する働きを持っ
ている。また、CあるいはNと化合物を形成し、その微
細な炭窒化物には分散析出強化作用がある。この作用に
より、クリープ破断強度が向上する。この効果を発揮さ
せるためには、0.001%以上を必要とする。一方、
B含有率が0.01%を超えると溶接性を害する。した
がって、B含有率は0.001〜0.01%とした。
B: B has a function of strengthening the crystal grain boundary. Further, it forms a compound with C or N, and its fine carbonitride has a dispersion precipitation strengthening action. This action improves the creep rupture strength. In order to exert this effect, 0.001% or more is required. on the other hand,
If the B content exceeds 0.01%, the weldability is impaired. Therefore, the B content is determined to be 0.001 to 0.01%.

【0024】Y、La、Ce、Nd:これらの元素は、
本発明鋼においては、微細な炭窒化物の析出を促進する
とともに、析出物を安定化する働きがある。微細な炭窒
化物は、高温強度に対して重要な役割を果たすCu相の
成長粗大化を抑制するので、クリープ破断強度を飛躍的
に向上させる。その効果を発揮させるためには、これら
の元素の内、少なくともいずれか1種を含む必要があ
り、単独では、Y、La、CeおよびNdとも0.01
%以上を必要とする。しかし、過剰に含む場合には、熱
間加工性が悪く、また、クリープ破断強度の向上効果も
飽和するので、上限はY、La、CeおよびNdとも、
0.25%とした。したがって、これらの元素の含有率
の範囲は、0.01〜0.25%、さらに好ましくは
0.02〜0.2%である。
Y, La, Ce, Nd: These elements are
The steel of the present invention has the functions of promoting precipitation of fine carbonitrides and stabilizing the precipitates. The fine carbonitride suppresses the growth and coarsening of the Cu phase, which plays an important role in high temperature strength, and thus the creep rupture strength is dramatically improved. In order to exert its effect, it is necessary to contain at least one kind of these elements, and Y, La, Ce and Nd alone are 0.01 or less.
% Or more is required. However, when it is contained excessively, the hot workability is poor and the effect of improving the creep rupture strength is saturated, so the upper limits of Y, La, Ce and Nd are:
It was set to 0.25%. Therefore, the content range of these elements is 0.01 to 0.25%, and more preferably 0.02 to 0.2%.

【0025】これらの元素は1種だけ含有させてもよ
く、また、2種以上複合して含有させてもよい。なお、
本発明鋼においては、これらの元素は、いずれも同様な
作用効果を持っているので、2種以上同時に含ませる場
合には、合計で0.01〜0.25%の範囲とする必要
がある。
These elements may be contained alone or in combination of two or more. In addition,
In the steel of the present invention, all of these elements have the same action and effect. Therefore, when two or more elements are contained at the same time, the total content is required to be 0.01 to 0.25%. .

【0026】MoおよびW:MoおよびWは、必要に応
じて添加される元素であり、主として固溶強化元素とし
て、クリープ破断強度を向上させる働きがある。その効
果を得るためには、Moは0.3%以上、Wは0.5%
以上とするのが望ましい。
Mo and W: Mo and W are elements added as necessary, and mainly serve as solid solution strengthening elements and have the function of improving creep rupture strength. In order to obtain the effect, Mo is 0.3% or more and W is 0.5%.
It is desirable to make the above.

【0027】一方、Moは2%、Wは4%を超えると、
クリープ破断強度の向上効果が飽和し、耐食性、加工性
が悪くなるとともに、これらの合金材料は高価なため経
済性の面でも不利になる。したがって、これらの元素を
含有させる場合には、Mo含有率は0.3〜2%、W含
有率は0.5〜4%とするのがよい。好ましくは、Mo
は0.5〜1.5%、Wは1〜2%である。
On the other hand, when Mo exceeds 2% and W exceeds 4%,
The effect of improving creep rupture strength is saturated, corrosion resistance and workability are deteriorated, and these alloy materials are expensive, which is also disadvantageous in terms of economy. Therefore, when these elements are contained, the Mo content is preferably 0.3 to 2% and the W content is preferably 0.5 to 4%. Preferably, Mo
Is 0.5 to 1.5% and W is 1 to 2%.

【0028】Mg:溶鋼の脱酸剤として、必要に応じて
用いる元素である。本発明鋼においては、Alの含有率
が低い場合に、溶鋼の脱酸を十分に行うために用いるの
が望ましい。この他、Mgはクリープ破断強度の向上効
果も持っている。これらの効果を得るためには、0.0
01%以上含むことが必要であり、0.015%を超え
ると加工性や溶接性が悪くなる。したがって、Mgを含
有させる場合には、0.001〜0.015%が好まし
い。
Mg: An element used as necessary as a deoxidizing agent for molten steel. In the steel of the present invention, when the Al content is low, it is desirable to use it for sufficiently deoxidizing molten steel. In addition, Mg also has an effect of improving creep rupture strength. To obtain these effects, 0.0
It is necessary to contain 01% or more, and if it exceeds 0.015%, workability and weldability deteriorate. Therefore, when Mg is contained, 0.001 to 0.015% is preferable.

【0029】上記の化学組成を備えた本発明鋼は、通常
商業的な生産に用いられている設備およびプロセスによ
って製造することができる。所定の化学組成の本発明鋼
を得るためには、電気炉、転炉、真空脱炭炉(VOD
炉)あるいはアルゴン−酸素脱炭炉(AOD炉)を利用
すればよい。特に、本発明鋼には、Y、La、Ce、N
dなどの酸化されやすい合金元素が添加されるので、予
め溶鋼を真空処理することも有効である。鋼管を製造す
る場合には、成分調整された溶鋼を、連続鋳造法または
造塊法によって、ビレットあるいは鋼塊に鋳造する。鋼
塊はさらにビレットに加工し、これらのビレットを熱間
で製管し、必要に応じて冷間圧延、冷間抽伸等を行って
製品の鋼管に仕上げる。鋼板あるいは形鋼等の鋼材を製
造する場合には、それぞれ通常用いられる製造方法に従
えばよい。
The steel of the present invention having the above chemical composition can be produced by the equipment and processes usually used for commercial production. In order to obtain the steel of the present invention having a predetermined chemical composition, an electric furnace, a converter, a vacuum decarburization furnace (VOD)
Furnace) or an argon-oxygen decarburization furnace (AOD furnace) may be used. In particular, the steel of the present invention includes Y, La, Ce, N
Since an alloying element such as d that is easily oxidized is added, it is also effective to vacuum-process molten steel in advance. In the case of producing a steel pipe, the molten steel whose composition has been adjusted is cast into a billet or a steel ingot by a continuous casting method or an ingot making method. The steel ingot is further processed into billets, and these billets are hot pipe-formed, and if necessary, cold rolling, cold drawing, etc. are performed to finish the product steel pipe. When manufacturing a steel material such as a steel plate or a shaped steel, the manufacturing method usually used may be followed.

【0030】[0030]

【実施例】表1に、本実施例に用いた供試材の化学組成
を示す。供試材No.1〜21は本発明例、供試材N
o.A〜Gは比較例である。
Examples Table 1 shows the chemical composition of the test materials used in this example. Specimen No. 1 to 21 are examples of the present invention, test material N
o. A to G are comparative examples.

【0031】[0031]

【表1】 [Table 1]

【0032】各供試材は、真空高周波誘導炉によって、
それぞれの化学組成の溶鋼を溶製し、20kgインゴッ
トに鋳造した後、各インゴットを鍛造、冷間圧延し、さ
らに1200℃で固溶化熱処理を施すことによって作製
した。インゴットの径は100mm、冷間圧延後の供試
材は、厚さ10mm、幅60mm、長さ700mmであ
る。
Each test material was subjected to a vacuum high frequency induction furnace,
After manufacturing molten steel of each chemical composition and casting into a 20 kg ingot, each ingot was forged, cold-rolled, and further subjected to solution heat treatment at 1200 ° C. to manufacture. The diameter of the ingot is 100 mm, and the test material after cold rolling has a thickness of 10 mm, a width of 60 mm, and a length of 700 mm.

【0033】各供試材から、JIS Z 2272に従
って、クリープ破断試験片(直径6mm、標点距離30
mm)を採取し、クリープ破断試験を行った。クリープ
破断試験は、650〜750℃の温度範囲で、応力を変
えて実施し、ラルソンミラーパラメータ法により700
℃、1000時間クリープ破断強度を求めた。
Creep rupture test pieces (diameter 6 mm, gauge length 30) according to JIS Z 2272 from each test material
mm) was sampled and a creep rupture test was conducted. The creep rupture test was carried out in the temperature range of 650 to 750 ° C. by changing the stress and 700 by the Larson-Miller parameter method.
The creep rupture strength was determined at 1000C for 1000 hours.

【0034】表1に、各供試材のクリープ破断強度を示
した。本発明例の供試材No.1〜21のクリープ破断
強度は、18.0〜21.7kgf/mm2 の範囲にあ
り良好である。それに対して、比較例の供試材No.A
〜Gのクリープ破断強度は、供試材No.Eの21.0
kgf/mm2 を除くと、16.5〜19.5kgf/
mm2 であり、全般的に低めである。なお、比較例の供
試材No.Eについては、Ceを本発明の範囲の上限を
超えて多量に含んでいるので、クリープ破断強度は高い
ものの、本発明例の高いものと同程度であり、熱間加工
性に劣る。そのために、製品に加工する際に、割れ等が
発生するという欠陥がある。
Table 1 shows the creep rupture strength of each test material. Sample material No. of the present invention example The creep rupture strengths of 1 to 21 are in the range of 18.0 to 21.7 kgf / mm 2 and are good. On the other hand, the sample material No. A
The creep rupture strengths of G to G are as follows. 21.0 of E
Excluding kgf / mm 2 , 16.5 to 19.5 kgf /
mm 2, which is generally low. In addition, the sample material No. of the comparative example. Regarding E, since it contains a large amount of Ce exceeding the upper limit of the range of the present invention, the creep rupture strength is high, but it is about the same as that of the present invention example, and the hot workability is poor. Therefore, there is a defect that cracks or the like occur when the product is processed.

【0035】700℃、1000時間クリープ破断強度
について、本発明例と比較例をさらに詳細に比較した。
The creep rupture strength at 700 ° C. for 1000 hours was compared in more detail with the examples of the present invention and the comparative examples.

【0036】表2に、Y、La、CeおよびNd以外の
化学組成が類似し、Y、La、CeおよびNdを含む本
発明例とこれらの元素を含まない比較例を対比して、ク
リープ破断強度を示した。表2から明らかなように、
Y、La、CeおよびNdの内の少なくとも1つの元素
を0.01〜0.25%含む本発明例は、これらの元素
を含まない比較例に比べて、クリープ破断強度が高いこ
とが分かる。このように、Y、La、CeおよびNd
は、本発明鋼にとって、極めて重要な働きをすることが
確認された。
In Table 2, the creep rupture was compared between the examples of the present invention having similar chemical compositions other than Y, La, Ce and Nd and containing Y, La, Ce and Nd and the comparative examples not containing these elements. Showed strength. As is clear from Table 2,
It is understood that the inventive example containing 0.01 to 0.25% of at least one element of Y, La, Ce and Nd has a higher creep rupture strength than the comparative example not containing these elements. Thus, Y, La, Ce and Nd
Was confirmed to play a very important role in the steel of the present invention.

【0037】[0037]

【表2】 [Table 2]

【0038】図1に、表1に示したY、La、Ce、N
dに関するデータの内、Ceを例にとって、Ceの含有
率と700℃、1000時間クリープ破断強度との関係
を示す。図1から、Ce含有率0.01%以上でクリー
プ破断強度が飛躍的に向上することが分かる。しかし、
0.25%以上では、Ce含有率を上げてもクリープ破
断強度の向上効果はそれ以上高くはならなかった。ま
た、Ce含有率が0.25%を超えると、熱間加工性等
が低下する。したがって、本発明鋼においては、Ce含
有率は0.01〜0.25%とした。
FIG. 1 shows Y, La, Ce and N shown in Table 1.
Among the data on d, taking Ce as an example, the relationship between the content of Ce and the creep rupture strength at 700 ° C. for 1000 hours is shown. From FIG. 1, it can be seen that the creep rupture strength is dramatically improved when the Ce content is 0.01% or more. But,
When it was 0.25% or more, the effect of improving the creep rupture strength did not become higher even if the Ce content was increased. Further, if the Ce content exceeds 0.25%, the hot workability and the like deteriorate. Therefore, in the steel of the present invention, the Ce content is set to 0.01 to 0.25%.

【0039】先に示した表1および表2からも明らかな
ように、Y、LaおよびNdについても、Ceと同様の
効果があり、各元素を単独で用いる場合には単独で、複
合で用いる場合はその合計で、0.01〜0.25%含
有させるのが適当である。
As is clear from Table 1 and Table 2 shown above, Y, La and Nd also have the same effect as Ce, and when each element is used alone, it is used alone or in combination. In this case, it is appropriate that the total content be 0.01 to 0.25%.

【0040】このようなY、La、CeおよびNdは、
微細な炭窒化物の析出を促進するとともに、析出物を安
定化する働きがある。これらの微細な炭窒化物は、高温
強度に対して重要役割を果たすCu相の成長粗大化を抑
制するので、本発明鋼のクリープ破断強度を飛躍的に向
上させる。
Such Y, La, Ce and Nd are
It has the function of promoting the precipitation of fine carbonitrides and stabilizing the precipitates. These fine carbonitrides suppress the growth and coarsening of the Cu phase, which plays an important role in high temperature strength, and thus dramatically improve the creep rupture strength of the steel of the present invention.

【0041】[0041]

【発明の効果】本発明のオーステナイト系耐熱鋼は高温
強度に優れ、かつ、高温長時間におけるクリープ破断強
度にも優れている。しかも、高価な合金元素であるNi
の含有率を極力低く抑えた上で、金属組織を安定化させ
ているので、経済性の面でも有利である。したがって、
本発明鋼は、ボイラや化学プラント等、高温環境下で使
用される装置用材料として好適であり、広い範囲で利用
することができる。
The austenitic heat resistant steel of the present invention is excellent in high temperature strength and also in creep rupture strength at high temperature and long time. Moreover, Ni, which is an expensive alloying element,
Since the metal content is stabilized while the content ratio of is kept as low as possible, it is also advantageous in terms of economy. Therefore,
INDUSTRIAL APPLICABILITY The steel of the present invention is suitable as a material for a device used in a high temperature environment such as a boiler or a chemical plant, and can be used in a wide range.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】Ceの含有率と700℃、1000時間クリー
プ破断強度との関係を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the content of Ce and the creep rupture strength at 700 ° C. for 1000 hours.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】重量%で、C :0.05〜0.15%、
Si:0.3%以下、Mn:2%以下、Cr:17〜2
5%、Ni:7〜23%、Cu:2〜4.5%、Nb:
0.1〜0.8%、B :0.001〜0.01%、N
:0.05〜0.25%、sol.Al:0.003
〜0.03%、Mg:0〜0.015%、Mo:0〜2
%、W :0〜4%と、Y、La、CeおよびNdの内
の1種または2種以上の合計で0.01〜0.25%を
含有し、残部がFeおよび不可避の不純物からなる高温
強度に優れたオーステナイト系耐熱鋼。
1. C: 0.05 to 0.15% by weight,
Si: 0.3% or less, Mn: 2% or less, Cr: 17-2
5%, Ni: 7-23%, Cu: 2-4.5%, Nb:
0.1-0.8%, B: 0.001-0.01%, N
: 0.05 to 0.25%, sol. Al: 0.003
~ 0.03%, Mg: 0 ~ 0.015%, Mo: 0 ~ 2
%, W: 0 to 4%, and 0.01 to 0.25% in total of one or more of Y, La, Ce and Nd, with the balance being Fe and inevitable impurities. Austenitic heat resistant steel with excellent high temperature strength.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002092979A1 (en) * 2001-05-10 2002-11-21 Soghi Kogyo Co., Ltd. Exhaust guide assembly for vgs type turbo charger improved in heat resistance and method of producing heat-resisting members applicable thereto, and method of producing raw material for variable vanes applicable thereto
US6918968B2 (en) 2003-04-25 2005-07-19 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Austenitic stainless steel
JP2017014575A (en) * 2015-07-01 2017-01-19 新日鐵住金株式会社 Austenitic heat resistant alloy and weldment structure
CN115029642A (en) * 2022-07-25 2022-09-09 西安稀有金属材料研究院有限公司 Stainless steel plate with good mechanical property and pitting corrosion resistance and preparation method thereof

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